Smarticen Notes

定时器

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Go提供两种定时器

  • 一次性定时器：定时器只执行一次，结束便停止
  • 周期性定时器：定时器周期性进行计时，除非主动停止。

Timer

Timer是单一事件定时器，经过指定的时间后触发一个事件，这个事件通过其本身提供的channel进行通知。 Timer对外只暴露一个channel，指定的时间到来时就往该channel中写入系统时间。

通过方法func NewTimer(d Duration) *Timer指定一个时间创建一个Timer，Timer一经创建便开始计时，不需要额外的启动命令。

不过Timer创建之后可以随时停止，通过：

func (t *Timer) Stop() bool

这个函数的返回值，表示停止定时器的时候，定时器有没有超时。false表示在定时器超时之后才停止。

通过下面的方法可以重置定时器，重置定时器的本质就是先从系统守护协程移除该定时器，重新设置时间后，再添加回去。

func (t *Timer) Reset(d Duration) bool

简单接口

  • After(d Duration)：创建一个定时器，并返回定时器的管道。
  • AfterFunc(d Duration, f func()) * Timer：在指定时间到来后执行函数f。

实现原理

在src/time/sleep.go:Timer中定义了Timer的数据结构：

type Timer struct {
	C <- chan Time
	r runtimeTimer
}
  • C：管道，上层应用根据此管道接受事件
  • r：runtime定时器，该定时器即系统管理的定时器，对上层应用不可见。

C是面向Timer的用户的，r是面向底层的实现的。

创建一个Timer的实质是把一个定时任务交给专门的协程进行监控，这个任务的载体便是runtimeTimer变量，通过设置runtimeTimer过期后的行为来达到定时的目的，源码包src/time/sleep.go:runtimeTimer定义了其数据结构：

type runtimeTimer struct {
	tb uintptr //存储当前定时器的数组地址
	i int      //存储当前定时器的数组下标
	when int64 //当前定时器触发时间
	period int64 //当前定时器触发间隔
	f func(interface{}, uintptr) //定时器触发时执行的函数
	arg interface{} //定时器触发时执行函数传递的参数一
	seq uintptr //定时器触发时执行函数传递的参数二
}

NewTimer的实现很简单：

func NewTimer(d Duration) *Timer {
	c := make(chan Time, 1)
	t := &Timer {
		C: c,
		r: runtimeTimer{
			when: when(d),
			f: sendTime,
			arg: c,
		},
	}
	startTimer(&t.r)
	return t
}

创建了Timer对象，并将其r交给系统协程维护，然后再超时时回调sendTime函数，其实就是往管道写入当前时间：

func sendTime(c interface{}, seq uintptr) {
	select {
	case c.(chan Time) <- Now():
	default:
	}
}

停止Timer就是将对应r从系统协程中移除：

重置Timer是先删除再添加：

使用Reset重置最好作用于已经停掉的Timer或者已经触发的Timer，按照这个约定其返回值将总是返回false，若不按照此约定，可能遇到Reset()和Timer同时触发同时执行的情况，此时有可能收到两个事件，从而对应用程序造成一些负面影响。

Ticker

Ticker是周期性定时器，即周期性触发一个事件，通过Ticker本身提供的管道将事件传递出去。其数据结构定义在src/time/tick.go:Ticker中：

type Ticker struct {
	C <- chan Time
	r runtimeTimer
}

数据结构与Timer一致。其实两者最主要的区别也就是Ticker会周期性触发而已。

实现原理

实现的原理与Timer的基本一致，不过Ticker没有重置接口，并且Ticker使用完成之后需要主动停止，否则会产生资源泄露，会持续消耗CPU资源。

timer

Timer与Ticker的内部实现机制完全相同，两者包含一个runtimeTimer类型的成员，并且由系统协程管理，现在就来学习系统协程是如何管理这些定时器的。

runtimeTimer是系统协程所维护的对象，此类型是time包的名称，在runtime包中，这个类型叫做timer。数据结构如下所示：

type timer struct {
	tb *timersBucket //当前定时器寄存于系统timer堆的地址
	i int      //当前定时器寄存于系统timer堆的下标
	when int64 //当前定时器触发时间
	period int64 //当前定时器触发间隔
	f func(interface{}, uintptr) //定时器触发时执行的函数
	arg interface{} //定时器触发时执行函数传递的参数一
	seq uintptr //定时器触发时执行函数传递的参数二
}

timersBucket是系统协程存储timer的容器，里面有个切片来存储timer，而i便是timer所在切片的下标。

timersBucket的数据结构如下所示：

type timersBucket struct {
	lock mutex  
	gp *g       //处理堆中事件的协程
	created bool // 事件处理协程是否已创建
	sleep bool //事件处理协程是否在睡眠
	rescheduling bool //事件处理协程是否已暂停
	sleepUntil int64 //事件处理协程睡眠事件
	waitnote note //事件处理协程睡眠事件（据此唤醒协程）
	t []*timer //定时器切片
}

系统协程负责计时并维护其中的多个timer，一个timersBucket包含一个协程协程。当系统中定时器非常多时，会创建多个timersBucket，也就有多个系统协程来处理定时器。

Go在是实现时预留了64个timersBucket，每当协程创建定时器时，使用协程所属的ProcessID%64来计算定时器存入的timersBucket。

定时器的创建流程：

  1. 根据ProcessID%64来选择对应的timersBucket。
  2. timersBucket中的切片中保存着timer的指针，并且新加入的timer是按照触发时间排序的小头堆，需要进行堆排序。

timerproc是系统协程的具体实现，在首次创建定时器创建并启动，一旦启动永不销毁。如果timersBucket中由定时器，取出堆顶定时器，计算睡眠时间，然后进入睡眠，醒来后触发事件。

某个timer事件触发后，根据其是否是周期定时器来决定将其删除还是重新加入堆中。

如果堆中没有事件需要触发，则系统协程进入暂停态，直接新的timer加入才会被唤醒。

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